(57)【要約】  燃料噴射弁３０は、先端部に噴孔３２が設けられたノズルボディ３１と、このノズルボディ３１内に摺動自在に配置され、ノズルボディ３１との間に燃料導入路３４を形成するとともに、ノズルボディ３１内の着座位置３１ａに着座するシート部３３ａを備えたニードル３３を備えている。燃料噴射弁３０は、ニードル３３のシート部３３ａの上流側に形成され、燃料導入路３４から導入された燃料に旋回成分を付与する螺旋溝３６ａが形成された旋回流生成部３６と、ニードルの内部に形成された空気導入路３７と、ノズルボディ３１の先端部に形成され、旋回流生成部３６を通過した燃料と空気導入路３７を通過した空気が導入される旋回安定室４５とを備えている。
2011125201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に噴孔が設けられたノズルボディと、
前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディとの間に燃料導入路を形成するとともに、前記ノズルボディ内の着座位置に着座するシート部を備えたニードルと、
前記ニードルの前記シート部の上流側に形成され、前記燃料導入路から導入された燃料に旋回成分を付与する螺旋溝が形成された旋回流生成部と、
前記ニードルの内部に形成された空気導入路と、
前記ノズルボディの先端部に形成され、前記旋回流生成部を通過した燃料と前記空気導入路を通過した空気が導入される旋回安定室と、
を、備えたことを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項２】
前記螺旋溝の螺旋ピッチは、前記シート部に近づくに従って狭くなることを特徴とした請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記空気導入路の口部は、前記旋回安定室の中央部に臨むことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記空気導入路は、前記旋回安定室の中心軸と同軸であり、その口部の口径を前記旋回安定室の直径の三分の一以内としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記噴孔は、前記旋回安定室の中心軸からオフセットさせて設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記噴孔は、前記旋回安定室の中心軸から少なくとも前記旋回安定室の直径の四分の一以上オフセットさせたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記空気導入路は、前記旋回安定室内が負圧状態となったときに開弁するチェック弁を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼室内での燃料と空気との混合を促進することを目的とした提案がされている。例えば、ノズル本体の中空穴の壁面と針弁の摺動面との間に螺旋状通路が形成された燃料噴射ノズルが提案されている（例えば、特許文献１）。この提案において、螺旋状通路を通過した燃料は、ノズル本体の先端部に設けられた燃料溜まりで回転流が加速される。そして、燃料は、単噴孔の接線方向速度を持ち、燃焼室内に拡散して空気との混合が行われるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１４１１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の燃費や排気エミッションの改善に対し、噴射燃料の噴霧粒径の微細化が有効であることが知られている。前記特許文献１は、燃料と空気との混合を促進することができるものであるが、噴霧燃料の噴霧粒径の微細化という点では、さらなる改良の余地を有していた。【０００５】
そこで本発明は、噴霧粒径の微細化を促進することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本明細書開示の燃料噴射弁は、先端部に噴孔が設けられたノズルボディと、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディとの間に燃料導入路を形成するとともに、前記ノズルボディ内の着座位置に着座するシート部を備えたニードルと、前記ニードルの前記シート部の上流側に形成され、前記燃料導入路から導入された燃料に旋回成分を付与する螺旋溝が形成された旋回流生成部と、前記ニードルの内部に形成された空気導入路と、前記ノズルボディの先端部に形成され、前記旋回流生成部を通過した燃料と前記空気導入路を通過した空気が導入される旋回安定室と、を備えたことを特徴としている。【０００７】
燃料導入路から螺旋溝に導入された燃料は、旋回安定室内で旋回流を形成する。燃料が作り出す旋回流の中心付近は圧力が低下する。この圧力が低下した領域に、空気導入路を通じて空気を導入する。導入された空気は、燃料中に微細気泡を作り出す。空気は、圧力が低下した領域に導入されるため、高圧燃料が供給される旋回安定室内に容易に導入することができる。【０００８】
旋回安定室内において、燃料の旋回流速は、中心側が速く、壁面に近づくに従って、遅くなる。また、旋回安定室内において、内部の圧力は、中心側が低圧であり、壁面に近づくに従って、高圧となる。このような環境下、微細気泡は、粒径が小さいほど、壁面側に集中して存在する。このように粒径の小さい微細気泡が集中して存在する領域に噴孔を設けておくことにより、微細気泡を噴射することができる。噴射された微細気泡は、噴射された後、破裂し、微粒化した燃料となる。【０００９】
なお、螺旋溝が設けられた旋回流生成部は、ニードル偏心抑制ガイドとすることができる。【００１０】
前記螺旋溝の螺旋ピッチは、前記シート部に近づくに従って狭くすることができる。螺旋ピッチを徐々に狭くすることにより、燃料流れの旋回成分を大きくすることができる。燃料流れの旋回成分が大きくなることにより、ニードルが低リフト状態であり、旋回安定室へ流れ込む燃料量が少ない場合であっても燃料は旋回作用を受けることができる。【００１１】
前記空気導入路の口部は、前記旋回安定室の中央部に臨むことができる。燃料が旋回することにより低圧となる領域に効率よく空気を導入するためである。具体的には、前記空気導入路は、前記旋回安定室の中心軸と同軸であり、その口部の口径を前記旋回安定室の直径の三分の一以内とされることが望ましい。【００１２】
前記のように、微細気泡は、粒径が小さいほど、壁面側に集中して存在する。このため、前記噴孔は、前記旋回安定室の中心軸からオフセットさせて設けることが望ましい。より具体的に、前記噴孔は、前記旋回安定室の中心軸から少なくとも前記旋回安定室の直径の四分の一以上オフセットさせて設けることが望ましい。噴孔をオフセットして設けることにより、壁面側に集中して存在する粒径の小さい微細気泡を噴射することができる。【００１３】
前記空気導入路は、前記旋回安定室内が負圧状態となったときに開弁するチェック弁を備えることができる。これにより、旋回安定室内の燃料や燃焼室内の燃焼ガスが、空気導入路へ流入し、外部へ漏れ出ることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書に開示された燃料噴射弁によれば、噴射される燃料に微細気泡を混入させ、噴霧粒径の微細化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は実施例のエンジンシステムの一構成例を示した図である。
【図２】図２（Ａ）は実施例の燃料噴射弁のノズルボディとニードルとを分離した状態を示す説明図であり、図２（Ｂ）は実施例の燃料噴射弁のノズルボディにニードルを組み合わせた状態を示す説明図である。
【図３】図３は実施例の燃料噴射弁が備えるニードルの断面図である。
【図４】図４は燃料噴射弁の各部の寸法を示す説明図である。
【図５】図５は旋回周波数、気泡径及び圧壊時間との関係を示す説明図である。
【図６】図６は旋回安定室内における燃料の旋回流速及び圧力分布の一例を示す説明図である。
【図７】図７は他の実施例におけるニードルを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されている場合もある。
【実施例】
【００１７】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の燃料噴射制御弁３０を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジン１００の一部の構成のみが示されている。【００１８】
図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０を備えている。エンジンシステム１は、エンジン１００の燃焼室１１内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３０を備えている。エンジンＥＣＵ１０は、制御部の機能を備える。エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。【００１９】
エンジン１００は、車両に搭載されるエンジンであって、燃焼室１１を構成するピストン１２を備えている。ピストン１２は、エンジン１００のシリンダに摺動自在に嵌合されている。そして、ピストン１２は、コネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフトに連結されている。【００２０】
吸気ポート１３から燃焼室１１内へ流入した吸入空気は、ピストン１２の上昇運動により燃焼室１１内で圧縮される。エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサからのピストン１２の位置、および吸気カム角センサからのカム軸回転位相の情報に基づき、燃料噴射タイミングを決定し燃料噴射弁３０に信号を送る。燃料噴射弁３０は、エンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された噴射タイミングで燃料を噴射する。燃料噴射弁３０より噴射された燃料は、霧化して圧縮された吸入空気と混合される。そして、吸入空気と混合された燃料は、点火プラグ１８によって点火されることで燃焼し、燃焼室１１内を膨張させてピストン１２を下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフトの軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。【００２１】
燃焼室１１には、それぞれ燃焼室１１と連通する吸気ポート１３と、吸気ポート１３に連結し、吸入空気を吸気ポート１３から燃焼室１１へと導く吸気通路１４とが接続されている。更に、各気筒の燃焼室１１には、それぞれ燃焼室１１と連通する排気ポート１５と、燃焼室で発生した排気ガスをエンジン１００の外部へと導く排気通路１６が接続されている。吸気通路１４には、サージタンク２２が配置されている。【００２２】
吸気通路１４には、エアフロメータ、スロットルバルブ１７およびスロットルポジションセンサが設置されている。エアフロメータおよびスロットルポジションセンサは、それぞれ吸気通路１４を通過する吸入空気量、スロットルバルブ１７の開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて吸気ポート１３および燃焼室１１へ導入される吸入空気量を認識し、スロットルバルブ１７の開度を調整することで吸入空気量を調節する。【００２３】
スロットルバルブ１７は、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、例えばステップモータの代わりにワイヤなどを介してアクセルペダル（図示しない）と連動し、スロットルバルブ１７の開度が変更されるような機械式スロットル機構を適用することもできる。【００２４】
排気通路１６には、ターボチャージャ１９が設置されている。ターボチャージャ１９は、排気通路１６を流通する排気ガスの運動エネルギーを利用してタービンを回転させ、エアクリーナーを通過した吸入空気を圧縮してインタークーラーへと送り込む。圧縮された吸入空気は、インタークーラーで冷却された後に一旦サージタンク２２に貯留され、その後、吸気通路１４へと導入される。この場合、エンジン１００は、ターボチャージャ１９を備える過給機付エンジンに限られず、自然吸気（Ｎａｔｕｒａｌ  Ａｓｐｉｒａｔｉｏｎ）エンジンであってもよい。【００２５】
ピストン１２は、その頂面にキャビティを有する。キャビティは、燃料噴射弁３０の方向から点火プラグ１８の方向へと連続するなだらかな曲面によってその壁面が形成されており、燃料噴射弁３０から噴射された燃料を壁面形状に沿って点火プラグ１８近傍へと導く。この場合、ピストン１２は、その頂面の中央部分に円環状にキャビティが形成されるリエントラント型燃焼室等、エンジン１００の仕様に応じて任意の位置・形状でキャビティを形成することができる。【００２６】
燃料噴射弁３０は、吸気ポート１３下部の燃焼室１１に斜め方向に装着されている。燃料噴射弁３０は、エンジンＥＣＵ１０の指示に基づいて、燃料ポンプから燃料流路を通じて高圧供給された燃料をノズルボディ３１先端部の円周方向に等間隔で設けられた噴孔３２より燃焼室１１内へ直接噴射する。噴射された燃料は、燃焼室１１内で霧化し吸入空気と混合されつつキャビティの形状に沿って点火プラグ１８近傍へと導かれる。燃料噴射弁３０のリーク燃料は、リリーフ弁からリリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。【００２７】
この場合、燃料噴射弁３０は、吸気ポート１３下部に限られず燃焼室１１の任意の位置に設置することができる。更に、燃料噴射弁３０は、燃焼室１１に限られず吸気ポート１３に設けてもよいし、燃焼室１１と吸気ポート１３との両方に設けてもよい。【００２８】
なお、エンジン１００は、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンに限られず、軽油を燃料とするディーゼルエンジン、ガソリンとアルコールとを任意の割合で混合した燃料を使用するフレキシブルフューエルエンジンのいずれでもよい。また、エンジンシステム１は、エンジン１００と複数の電動モータとを組み合わせたハイブリッドシステムであってもよい。【００２９】
つづいて、本発明の一実施例である燃料噴射弁３０の内部構成について詳細に説明する。図２（Ａ）は実施例の燃料噴射弁３０のノズルボディ３１とニードル３３とを分離した状態を示す説明図である。図２（Ｂ）は実施例の燃料噴射弁３０のノズルボディ３１にニードル３３を組み合わせた状態を示す説明図である。なお、図２（Ａ）、図２（Ｂ）には燃料噴射弁３０の先端部分の構成のみを示している。【００３０】
燃料噴射弁３０は、先端部に噴孔３２が設けられたノズルボディ３１を備えている。噴孔３２の入口は、後述する旋回安定室４５の底面と側面とが交差する角部に開口している。ノズルボディ３１は、内部にシート位置３１ａを備えている。また、燃料噴射弁３０は、このノズルボディ３１内に摺動自在に配置されたニードル３３を備えている。ニードル３３は、図２（Ｂ）に示すように、ノズルボディ３１との間に燃料導入路３４を形成する。ニードル３３は、先端側に第１の偏心抑制部３５を備えており、その先端側にノズルボディ３１の内部のシート位置３１ａに着座するシート部３３ａを備えている。第１の偏心抑制部３５は、ノズルボディ３１の内周壁とわずかな隙間を保ってノズルボディ３１内に嵌め込まれることによってニードル３３の偏心を抑制する。ニードル３３は、ピエゾアクチュエータで駆動される。【００３１】
ニードル３３は、第１の偏心抑制部３５に旋回流生成部３６を備えている。旋回流生成部３６は、シート部３３ａの上流側に形成されている。旋回流生成部３６には、燃料導入路３４から導入された燃料に旋回成分を付与する螺旋溝３６ａを備えている。螺旋溝３６ａは一列以上であればよく、本実施例では２列の螺旋溝３６ａが設けられている。【００３２】
ニードル３３の内部には、図３に示すように空気導入路３７が形成されている。空気導入路３７の出口側の口部３８は、ニードル３３の先端部に位置している。空気導入路３７は、燃料と同様に燃料噴射弁３０の基端側から先端側に向かって空気を導入する。空気導入路３７の口部３８の近傍には、スプリング４０で付勢された球状のチェック弁３９が備えられている。チェック弁３９は、後述する旋回安定室４５内が負圧状態となったときに開弁する。【００３３】
ニードル３３は、第１の偏心抑制部３５よりも基端側に第２の偏心抑制部４１を備えている。第２の偏心抑制部４１の外周壁には、周状に溝４２が設けられている。そして、溝４２には、空気導入路３７の入口側の口部４３が露出している。ノズルボディ３１には、空気導入孔４４が設けられている。この空気導入孔４４は、図１に示すようにサージタンク２２と接続されている。空気導入孔４４が溝４２と対向する状態となると、空気導入路３７とサージタンク２２とが連通した状態となる。なお、空気導入孔４４は、空気導入路３７に空気を導入することができればよく、接続先は、サージタンク２２に限定されない。【００３４】
ノズルボディ３１は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、先端部に旋回安定室４５を備えている。この旋回安定室４５には、旋回流生成部３６を通過した燃料と空気導入路３７を通過した空気とが導入される。旋回安定室４５内では、旋回流生成部３６において生成された燃料の旋回流速が高められ、旋回流は旋回安定室４５の内周壁に沿い、安定した状態となる。旋回流が安定すると、旋回安定室４５の中央部に負圧部が生じる。空気導入路３７の口部３８は、この負圧部に露出するように旋回安定室４５の中央部に臨ませる。これにより、負圧部に空気を導入する。負圧部は、圧力が低いため、容易に空気を導入することができる。また、負圧部に空気導入路３７の口部３８を露出させて空気を導入することにより、旋回流の乱れを抑制することにもなる。【００３５】
旋回安定室４５内に導入された燃料は空気を取り込んで微細気泡を生成する。微細気泡は、噴孔３２から噴射される。噴射後、噴射された微細気泡を形成する燃料の膜は分裂し、燃料が超微細化状態となる。燃料が超微細化状態となることにより、着火遅れ期間の短縮、燃焼速度の増加、燃料によるオイル希釈の抑制、デポジット堆積の抑制、ノッキング発生の抑制を高い次元でバランスよく実現することができる。【００３６】
各部の詳細な寸法や各要素の配置について図４乃至図６を参照しつつ説明する。まず、旋回安定室４５の直径Ｄｅについて説明する。旋回安定室４５の直径Ｄｅは以下の式１を満たす。
Ｄｅ≦Ｑ×ｃｏｓθ×Ｒｓ２×Ｒｄ／（２２００×π×Ｓｇ）      式１
Ｄｅ：旋回安定室直径
Ｑ  ：最大燃料流量
θ  ：螺旋溝角度（ただし、螺旋溝終端部における水平に対する角度とする。）
Ｒｓ：螺旋溝面積比（螺旋溝面積Ｓｇ／（隙間ＣＬ＋螺旋溝面積Ｓｇ））
Ｒｄ：旋回径比（燃料導入路直径Ｄｉ／旋回安定室直径Ｄｅ）
Ｓｇ：螺旋溝面積
なお、２２００の値は、旋回周波数が２２００Ｈｚであることを示す。隙間ＣＬは、第１の偏心抑制部３５の外周壁面と、ノズルボディ３１の内周壁面との間に形成される面積である。隙間ＣＬと螺旋溝面積Ｓｇとの総和が、燃料導入路３４から旋回安定室４５へ流入する燃料が通過することのできる流路面積となる。【００３７】
旋回安定室４５の直径Ｄｅが式１の条件を満たすことが望ましい理由は、以下の如くである。微細気泡は、噴孔３２から噴射された後、所望の時間内に圧壊させる必要がある。燃料の微細気泡が圧壊する時間は、気泡径に依存する。また、微細燃料の気泡径は、旋回周波数、すなわち、単位時間当たりの周回数の影響を受ける。図５は、旋回周波数、気泡径及び圧壊時間との関係を示す説明図である。噴射された燃料が燃焼室内で圧壊するためには、圧壊時間を１０ｍｓ以下に設定することが望まれる。圧壊時間１０ｍｓを実現するために、気泡径を４．８μｍに設定する。気泡径を４．８μに設定するために、旋回周波数は２２００Ｈｚ以上とする。式１において旋回周波数を２２００Ｈｚに設定する。そして、旋回安定室４５の直径Ｄｅに関し、式１を満たすことによって気泡径４．８μｍ以下、圧壊時間１０ｍｓ以下を実現する。以上が、式１の関係が求められる理由である。【００３８】
つぎに、螺旋溝３６ａの面積Ｓｇと隙間ＣＬとの関係を示す螺旋溝面積比Ｒｓについて説明する。螺旋溝面積比Ｒｓは、前記の如く、
Ｒｓ＝Ｓｇ／（ＣＬ＋Ｓｇ）
で表現される。このＲｓは、
０．７２≦Ｒｓ≦０．９４
の関係を満たすように設定されている。【００３９】
旋回流を発生する螺旋溝３６ａの面積Ｓｇは、シート部３３ａの幅Ｂを確保する必要性に起因する下限値を有する。また、面積Ｓｇは、第１の偏心抑制部３５の円滑な摺動を確保する必要性に起因する上限値を有する。シート部３３ａの幅Ｂの最低値を０．２ｍｍとし、第１の偏心抑制部３５の円滑な摺動を確保するための最低隙間ＣＬを４μｍに設定した場合に、Ｒｓは、０．７２≦Ｒｓ≦０．９４に設定することが必要となる。これにより、十分な旋回流量を確保することができる。そして、所望の気泡径と、所望の圧壊時間を得ることができる。その結果、速やかな燃料の微細化とともに、燃料液滴が燃焼室壁面への衝突を抑制することができる。燃料液滴の燃焼室壁面への衝突が抑制されることにより、オイルの燃料希釈を抑制することができる。【００４０】
つぎに、空気導入路３７の口部３８について説明する。まず、空気導入路３７は、図４に示すように、旋回安定室４５及びノズルボディ３１の中心軸ＡＸと同軸とされている。そして、口部３８の口径Ｄｓは、旋回安定室４５の直径Ｄｅの三分の一以内に設定されている。旋回安定室４５内において燃料が旋回することにより、旋回安定室４５の中心部の旋回流速が速い。そして、旋回安定室４５の中心部の圧力が低い。図６は、図６は旋回安定室４５内における燃料の旋回流速及び圧力分布の一例を示す説明図である。旋回安定室４５内の圧力は、中心部のＤｅ／３の領域で低くなっている。旋回流速は、旋回安定室４５の内周面から中心部に近づくほど速くなっている。旋回安定室４５内に空気が導入された直後の気泡径は、均一ではない。しかし、径の大きい気泡は圧力勾配の影響を強く受け、径の小さい気泡は流速の影響を強く受ける。そのため、径の小さい微細気泡は、旋回安定室４５の内周壁側へ移動する。径の大きい粗大気泡は圧力の低い中央部へと流される。中央部へ流された気泡は、速い流速による乱れによって分裂作用を受ける。この結果、粗大気泡も微細気泡になることができる。【００４１】
仮に、口部３８の口径ＤｓがＤｅ／３よりも大きい場合、圧力の高い領域に開口することになってしまう。口部３８が、圧力が高い領域に開口すると、十分な量の空気を供給することが困難となる。この結果、十分な気泡量を確保することが困難となり、燃料の微細化が促進されないことが懸念される。そこで、口部３８は、この中心からＤｅ／３の領域へ的確に空気を導入するための位置と口径Ｄｓに設定されている。旋回安定室４５内に空気が導入されることにより、気泡の発生が容易となる。なお、口部３８が、圧力が高い領域に開口すると、空気導入路３７に燃料が逆流することも考えられるが、燃料の逆流は、チェック弁３９を装着することによって回避することができる。【００４２】
つぎに、噴孔３２の配置について説明する。噴孔３２は、旋回安定室４５の中心軸ＡＸからオフセットさせて設けられている。より具体的には、図４に示すように、噴孔３２は、旋回安定室４５の中心軸ＡＸから少なくとも旋回安定室４５の直径Ｄｅの四分の一以上オフセットされている。図６で示すように、旋回安定室４５内の圧力は、中心部が低圧であり、内周壁に近づくほど高圧となる。また、旋回安定室４５内の旋回流速は、旋回安定室４５の内周面から中心部に近づくほど速くなっている。このように圧力及び旋回流速が分布する旋回安定室４５内において、前記のように径の小さい気泡は、内周壁に近い領域に集まりやすい。そこで、噴孔３２を中心軸ＡＸに対してオフセットさせることによって、旋回中心部近傍に集中する粗大気泡を避け、周囲の微細気泡が混入した燃料を噴射することができる。また、オフセットされた噴孔３２から、燃料を噴射することにより、旋回流を止めることができ、さらに、気泡発生、燃料の微細化を図ることができる。【００４３】
噴孔３２を設ける位置は、図６を参照すると、少なくとも、Ｄｅ／３の中心領域を避けることが望ましい。さらに、旋回安定室４５の中心軸ＡＸから少なくとも旋回安定室４５の直径Ｄｅの四分の一以上オフセットされていることが望ましい。このように、オフセット量を中心軸ＡＸからＤｅ／４以上とすることにより、旋回流速が低く安定したところに噴孔３２を配置することになり、噴孔前後差圧を安定して保つことができる。これにより、微細化された気泡を含んだ燃料の噴射や、旋回流を停止させる効果がより確実に得ることができるとともに、燃焼室内からのガスの逆流を防止して、噴射燃料量のバラツキを抑制することができる。噴射燃料量のバラツキを抑制することで、サイクル間変動を抑制することができる。【００４４】
以上が、燃料噴射弁３０の各部の詳細な寸法や各要素の配置についての説明である。以上のような燃料噴射弁３０は、ピエゾアクチュエータでニードル３３の開閉を行う。ピエゾアクチュエータは、矩形的にニードル３３の開閉を行う。燃料噴射弁３０における気泡径、圧壊時間は、燃料流量の影響を受ける。このため、旋回流側を決定する燃料の瞬時流量が重要となる。応答性に優れるピエゾアクチュエータを用いることで、ニードル３３の開弁速度を高め、開弁直後及び閉弁直前の気泡径増大を抑制することができる。これにより、燃料の微粒化の悪化を抑制することができる。ピエゾアクチュエータは、短時間噴射で、噴射量の少ない運転条件であっても、瞬時流量の低下を招くことなく微細気泡を生成することができる。これにより、安定した燃料の微粒化を達成することができる。【００４５】
なお、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すノズルボディ３１の内周壁３１ｂと第１の偏心抑制部３５の外周壁との隙間は、ニードル３３の全リフト域において一定となるように設定されている。これにより、噴射初期の小リフト状態と比較して、流量が多くなる噴射中期（高リフト状態時）の旋回流速を高めることができる。旋回流速が高まることにより気泡径を小さくすることができ、圧壊時間を短縮することができる。【００４６】
図２乃至図４に示したニードル３３に設けられた螺旋溝３６ａの螺旋ピッチはは、入口側端部から出口側端部に至るまで、均一であるが、図７に示すようにシート部３３ａに近づくに従って狭くなるようにしてもよい。このような螺旋ピッチとすることにより、先端部に近づくほど、燃料の速度ベクトルを旋回方向へと変換することができる。これにより、燃料の流量が少ないときであっても、旋回流速を高めることができる。【００４７】
以上説明した燃料噴射弁３０によれば、燃料噴霧の微粒化によって、着火遅れ期間の短縮、燃焼速度の増加、燃料によるオイル希釈の抑制、デポジット堆積の抑制、ノッキング発生の抑制を高い次元でバランスよく実現することができる。【００４８】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  エンジンシステム
２２  サージタンク
３０  燃料噴射弁
３１  ノズルボディ
３１ａ  シート位置
３１ｂ  内周壁
３２  噴孔
３３  ニードル
３３ａ  シート部
３３ｂ  内周壁
３４  燃料流路
３５  第１の偏心抑制部
３６  旋回流生成部
３６ａ、３６ｂ  螺旋溝
３７  空気導入路
３８  口部
３９  チェック弁
４０  スプリング
４１  第２の偏心抑制部
４２  溝
１００  エンジン
【図１】
2011125201.tif 000003
【図２】
2011125201.tif 000004
【図３】
2011125201.tif 000005
【図４】
2011125201.tif 000006
【図５】
2011125201.tif 000007
【図６】
2011125201.tif 000008
【図７】
2011125201.tif 000009
【国際調査報告】
2011125201.tif 000010
2011125201.tif 000011